胡子昂

采用Mathematica软件模拟高速运动二维物体相对于静止观看者的视觉形象，揭示了狭义相对论中的测量和观看的本质区别。模拟结果表明，近光速条件下，物体的视觉形象与通过洛伦兹变换得到的测量形象存在显著差异。这种差异由光速的有限性引起，使得物体在视觉上并不显示洛伦兹收缩预期的缩短，而呈现出复杂的畸变和扭曲。此外，实验还考察了不同运动速度和观察者距物体之间的垂直距离对视觉形象的影响。研究表明，物体速度的增加和距观看者的垂直距离减小均会加剧视觉畸变。这些模拟结果对理解和教学中的狭义相对论效应、尤其是Terrell-Penrose效应提供了直观的参考，有助于深入理解相对论性视觉效应的物理本质和其对高速物体观测或观测的实际影响。

狭义相对论；Terrell-Penrose 效应；测量形象；视觉形象；Lorentz收缩

[1] A.Einstein.Zur Elektrodynamik bewegter Körper[J],Annalen der Physik,1905:891-921. [2] R.Penrose.The apparent shape of a relativistically moving sphere[J].Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society,1959,55:137-139. [3] James Terrell.Invisibility of the Lorentz Contraction[J].Phys.Rev.1959,116:1041-1045. [4] M.A.Duguay,A.T.Mattick.Ultrahigh Speed Photography of Picosecond Light Pulses and Echoes[J].APPLIED OPTICS.1971.10(9)September:2162-2170. [5] 李玉良,谢雅楠.高速运动物体形象解析[J].闽江学院学报.2012,33(5):34-39. [6] 郑庆璋,罗蔚茵.高速运动物体的测量形象和视觉形象[J].大学物理.1984,(5):13-16. [7] V N Matveev and O V Matvejev.The Terrell-Penrose effect when photographing a sphere at rest with a moving camera[J]J.Phys.:Conf.Ser.2019.1251,012035:1-8. [8] G.D.Scott;M.R.Viner.The Geometrical Appearance of Large Objects Moving at Relativistic Speeds[J].Am.J.Phys.1965.33:534-536. [9] A.Howard,S.Dance,and L.Kitchen,Relativistic ray-tracing:Simulating the visual appearance of rapidly moving objects[M],University of Melbourne.1995. [10] Wolfram Research,Inc.,Mathematica,Version 14.0[CP],Champaign,IL,2024.https://www.wolfram.com/mathematica.

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